Οι επιπτώσεις της όξινης βροχής στο περιβάλλον

Transcript

1 0 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΔιΧηΝΕΤ Διαπανεπιστηµιακό Διατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών Διδακτική της Χηµείας και Νέες Εκπαιδευτικές Τεχνολογίες Οι επιπτώσεις της όξινης βροχής στο περιβάλλον Το πείραµα στη διδασκαλία της Χηµείας Παραδεισανός Αδάµ Θεσσαλονίκη 2004 Επιβλέποντες καθηγητές Α. Ι. Μαρούλης, Κ. Χατζηαντωνίου - Μαρούλη

2 1 i Πρόλογος Η εργασία αυτή εκπονήθηκε το ακαδηµαϊκό έτος στο µάθηµα «Το πείραµα στη διδασκαλία της Χηµείας», του µεταπτυχιακού προγράµµατος σπουδών «Διδακτική της Χηµείας και Νέες Εκπαιδευτικές Τεχνολογίες». Η επιλογή του θέµατος «Οι επιπτώσεις της όξινης βροχής στο περιβάλλον» αντανακλά προσωπικά µου ενδιαφέροντα και συγκεντρώνει µεγάλο ενδιαφέρον για οµάδες εκπαιδευτικών και µαθητών της Πρωτοβάθµιας και της Δευτεροβάθµιας εκπαίδευσης. Είναι θέµα που τα τελευταία χρόνια απασχολεί έντονα την εκπαιδευτική κοινότητα, διότι το περιβάλλον διαρκώς υποβαθµίζεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τους επιβλέποντες καθηγητές του µαθήµατος, η βοήθεια των οποίων ήταν ουσιαστική και πολύτιµη για τη βελτίωση και την ολοκλήρωση της εργασίας αυτής.

3 ii 2 Περίληψη Σε αυτή την εργασία γίνεται προσπάθεια µέσα από απλά πειράµατα χηµείας να προσεγγίσουµε τον τρόπο της καθηµερινής υποβάθµισης του περιβάλλοντος εξαιτίας της όξινης βροχής, αφού η ποιότητά του συνδέεται άµεσα και µε την ποιότητα ζωής του ανθρώπου. Σκοπός µας είναι η κατά το δυνατόν αποφυγή καθηµερινών πράξεών µας που λίγο ή πολύ συµβάλλουν σ αυτή την υποβάθµιση. Με τρόπο απλό προσεγγίζεται η δηµιουργία της όξινης βροχής και πώς αυτή αλλοιώνει κυρίως τα µνηµεία, η υποβάθµιση των οποίων αποτελεί µέρος της λεγόµενης αισθητικής ρύπανσης. Επίσης, η αποφυγή χρήσης ισχυρών οξέων του εµπορίου ως υγρών καθαρισµού, αλλά η χρήση χηµικών ουσιών που είναι φιλικές µε το περιβάλλον.

4 3 iii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος...i Περίληψη..ii Πίνακας περιεχοµένων iii 1. Εισαγωγή. Λίγα λόγια για την όξινη βροχή 1 2. Σκοπός του πειράµατος Πειράµατα επίδειξης 7 4. Προεργαστηριακές ερωτήσεις.9 5. Πειραµατική διαδικασία Μεταεργαστηριακές ερωτήσεις Διαχείριση των υγρών αποβλήτων του εργαστηρίου Απαντήσεις στις προεργαστηριακές ερωτήσεις Απαντήσεις στις µεταεργαστηριακές ερωτήσεις Ανάλυση επικινδυνότητας των αντιδραστηρίων Βιβλιογραφία..21

5 1 1. Εισαγωγή. Λίγα λόγια για την όξινη βροχή Με τον όρο όξινη βροχή (acid rain) εννοούµε τη βροχή µε ph χαµηλότερο του φυσιολογικού. Ως φυσιολογικό ph για την καθαρή βροχή (clean rain) θεωρείται η τιµή 5.6, η οποία αντιστοιχεί στο ph του αποσταγµένου νερού, που βρίσκεται σε ισορροπία µε το διοξείδιο του άνθρακα της ατµόσφαιρας. Ανάλογος ορισµός ισχύει και για όλα τα µετεωρικά κατακρηµνίσµατα (χιόνι, χαλάζι, οµίχλη). Η οξύτητα του νερού της βροχής οφείλεται στην παρουσία κυρίως ισχυρών οξέων, H 2 SO 4 και HNO 3. Σε µερικές περιπτώσεις συνυπάρχουν και άλλα ανόργανα (HCI, H 3 PO 4 ) ή οργανικά οξέα, συνήθως όµως όχι σε σηµαντικές ποσότητες. Ακόµη, µπορεί να υπάρχουν και άλλα οξέα, όπως H 2 CO 3, που σχηµατίζεται από την αντίδραση του CO 2 της ατµόσφαιρας µε το νερό. Η φύση αυτής της αντίδρασης είναι τέτοια, ώστε η συµµετοχή του H 2 CO 3 στην οξύτητα να ελαττώνεται, καθώς αυξάνεται η συµµετοχή των ισχυρών οξέων. Η πρώτη αναφορά στο φαινόµενο της όξινης βροχής έγινε το 1852 από τον Άγγλο χηµικό R.A. Smith κατά τη µελέτη της ατµοσφαιρικής ρύπανσης στο Manchester της Αγγλίας. Το 1982, σε ειδική συνδιάσκεψη των Ηνωµένων Εθνών για την οξίνιση του περιβάλλοντος, η όξινη βροχή αναγνωρίστηκε ως ένα από τα σηµαντικότερα προβλήµατα της διασυνοριακής ρύπανσης. Σήµερα η αναγνώριση του φαινοµένου αυτού και η σύνδεσή του µε τις ανθρώπινες δραστηριότητες και καθηµερινές πράξεις δεν αποτελεί κάτι καινούργιο. Παρόλα αυτά, το φαινόµενο της όξινης βροχής, µε την πολυπλοκότητα που το χαρακτηρίζει, άρχισε να γίνεται πραγµατικά κατανοητό µόλις τα λίγα τελευταία χρόνια. Το φαινόµενο αυτό συνδέεται µε πολλούς παράγοντες: χηµικούς, γεωλογικούς, µετεωρολογικούς και

6 2 βιολογικούς. Έτσι στη σχέση ανάµεσα στις εκποµπές ρύπων, την όξινη βροχή και την καταστροφή του περιβάλλοντος υπεισέρχονται οι καιρικές µεταβολές, διάφορα είδη εδαφών, διάφορα είδη φυτών και ζώων, η παρουσία άλλων ρύπων κ.ά. Η όξινη βροχή αποτελεί το ένα σκέλος ενός γενικότερου φαινοµένου, του φαινοµένου της όξινης απόθεσης (acid deposition). Η όξινη απόθεση οφείλεται κυρίως στα οξείδια θείου και αζώτου, τα οποία οξειδώνονται προς θειικό και νιτρικό οξύ στην ατµόσφαιρα και στο έδαφος. Το SO 2 αποτελεί τη σηµαντικότερη από τις ενώσεις του θείου που βρίσκουµε στην ατµόσφαιρα. Οι πηγές των θειούχων ενώσεων είναι τόσο φυσικές, όσο και ανθρωπογενείς. Οι ωκεανοί π.χ. εκπέµπουν µεγάλες ποσότητες οργανικών θειούχων ενώσεων και υδροθείου, κυρίως όµως θειικών αλάτων. Οι θειούχες ενώσεις οξειδώνονται στην ατµόσφαιρα προς SO 2. Οι ανθρωπογενείς πηγές εκπέµπουν, κυρίως, SO 2 (>90% του συνολικού SO 2 εκπέµπεται από ανθρώπινες δραστηριότητες), SO 3 και H 2 SO 4. Οι κυριότερες δραστηριότητες που εκπέµπουν SO 2 είναι οι καύσεις κάρβουνου και πετρελαίου. Η συµµετοχή των καύσεων αυτών στις συνολικές ανθρωπογενείς εκποµπές SO 2 είναι 60% και 30% αντίστοιχα. Οι αντιδράσεις σχηµατισµού SO 2 κατά την καύση ορυκτών καυσίµων δίνονται παρακάτω: S + O 2 SO 2 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

7 3 Το διοξείδιο του θείου σχηµατίζεται και µε τις διάφορες βιοµηχανικές διεργασίες κατά την παραγωγή µετάλλων από θειούχα ορυκτά. Η συγκέντρωση του SO 2 στην ατµόσφαιρα µιας περιοχής αποτελεί µέτρο του βαθµού ρύπανσής της. Σε κατοικηµένες περιοχές µπορεί να φθάσει µέχρι και 1.5 ppm (3900µg/m 3 ), ενώ σε αποµακρυσµένες περιοχές κυµαίνεται µεταξύ ppb (1-2 µg/m 3 ). Το θειικό οξύ που σχηµατίζεται, όπως περιγράφεται παραπάνω, αντιδρά µε το ανθρακικό ασβέστιο που περιέχεται στα µάρµαρα των µνηµείων και τα διαβρώνει, ελευθερώνοντας διοξείδιο του άνθρακα. CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 O + CO 2 Πώς η όξινη βροχή αλλοιώνει τα µάρµαρα των µνηµείων. Η αριστερή φωτογραφία χρονολογείται το έτος 1908, ενώ η δεξιά µόλις το Ένας άλλος σηµαντικός ατµοσφαιρικός ρύπος είναι τα οξείδια του αζώτου. Με αυτό τον όρο (NO x ) εννοούµε το µονοξείδιο και το διοξείδιο του αζώτου, NO και NO 2, αντίστοιχα. Τα οξείδια αυτά εξετάζονται µαζί καθώς συµµετέχουν στους ίδιους φωτοχηµικούς κύκλους αντιδράσεων. Στην ατµόσφαιρα υπάρχουν και άλλα οξείδια του αζώτου όπως τα NO 3

8 4 και N 2 O 5 που είναι σηµαντικά ενδιάµεσα προϊόντα στη δηµιουργία του φωτοχηµικού νέφους. Η παρουσία των οξειδίων του αζώτου στην ατµόσφαιρα οφείλεται κυρίως σε φυσικές πηγές, όµως πρέπει να σηµειωθεί ότι οι εκποµπές των οξειδίων από ανθρωπογενείς πηγές συγκεντρώνονται σε ορισµένες περιοχές και ιδιαίτερα στην ατµόσφαιρα των µεγαλουπόλεων. Ο µέσος χρόνος παραµονής των οξειδίων του αζώτου στην ατµόσφαιρα είναι τέσσερις ηµέρες για το NO και τρεις ηµέρες για το NO 2. Τα οξείδια του αζώτου συµµετέχουν σε µεγάλο αριθµό φωτοχηµικών αντιδράσεων (απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας) και ο φωτολυτικός κύκλος των οξειδίων του αζώτου συντελεί στο σχηµατισµό φωτοχηµικού νέφους γιατί τα άτοµα οξυγόνου που σχηµατίζονται σ αυτόν αντιδρούν µε το µοριακό οξυγόνο δίνοντας όζον. Οι κυριότεροι µηχανισµοί αποµάκρυνσής τους από την ατµόσφαιρα είναι: α) Φωτοχηµικές αντιδράσεις, που έχουν ως αποτέλεσµα τον σχηµατισµό φωτοχηµικού νέφους δίνοντας ταυτόχρονα όζον. Φωτολυτικός κύκλος των οξειδίων του αζώτου NO 2 + hν (295 < λ < 430) NO + O O + O 2 + M O 3 + M NO + O 3 NO 2 + O 2 β) Οξείδωση προς HNO 3, που τελικά αποµακρύνεται ως όξινη βροχή. ΝΟ 2 + Ο 3 ΝΟ 3 + Ο 2 ΝΟ 3 + ΝΟ 2 Ν 2 Ο 5 Ν 2 Ο 5 + Η 2 Ο 2ΗΝΟ 3 Τα µέτρα για µείωση των συγκεντρώσεων των NO x στην ατµόσφαιρα στοχεύουν τόσο στον περιορισµό των βιοµηχανικών

9 5 εκποµπών, όσο και στη µείωση των εκποµπών τους από τα αυτοκίνητα. Ο περιορισµός των βιοµηχανικών εκποµπών επιτυγχάνεται µε διάφορες τεχνικές, τόσο στο στάδιο σχηµατισµού των οξειδίων, όσο και στο στάδιο του καθαρισµού των αερολυµάτων. Ο περιορισµός των εκποµπών NO x µε τα καυσαέρια των αυτοκινήτων επιτυγχάνεται µε τη χρήση καταλύτη. Το νιτρικό οξύ προσβάλλει (διαβρώνει) όλα σχεδόν τα µέταλλα και καταστρέφει τους ζωικούς και φυτικούς ιστούς. 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O

10 6 2. Σκοπός του πειράµατος Η ανάπτυξη δεξιοτήτων στην εκτέλεση εργαστηριακών ασκήσεων χηµείας και η ευαισθητοποίηση για την αποφυγή καθηµερινών δραστηριοτήτων και πράξεων που συµβάλλουν στη ρύπανση και στην υποβάθµιση του περιβάλλοντος. Στόχος των πειραµάτων επίδειξης Ø Η µέτρηση του ph σε όξινα διαλύµατα µε πεχάµετρο και πεχαµετρικό χαρτί, καθώς και η αλλαγή αυτής της τιµής µε προσθήκη άλλων ουσιών (αντιδραστηρίων) Ø Η παρατήρηση της αλλοίωσης που υφίστανται οι επιφάνειες µαρµάρινων και µεταλλικών αντικειµένων µε την επίδραση, ακόµη και µε την παρουσία οξέων (ατµών). Συσκευές: ποτήρια ζέσεως, ύαλος ωρολογίου ή τριβλίο, σφαιρική φιάλη, σταγονόµετρο, µικρή σπάτουλα ή κουταλάκι, γυάλινη ράβδος, πεχάµετρο ή πεχαµετρικό χαρτί. Αντιδραστήρια: τεµάχια µαρµάρου, ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ), σόδα φαγητού (NaHCO 3 ), υδατικά διαλύµατα οξέων, λεπτό φύλλο χαλκού.

11 7 3. Πειράµατα επίδειξης 1. Σε δυο ποτήρια ζέσεως ρίχνουµε χωριστά µικρές ποσότητες απιονισµένου νερού και οξικού οξέος (ξύδι). Μετρούµε το ph των δειγµάτων χρησιµοποιώντας πεχάµετρο και πεχαµετρικό χαρτί. Συγκρίνουµε τις δυο τιµές. 2. Σε τριβλίο τοποθετούµε µικρή ποσότητα από ανθρακικό ασβέστιο και µε σταγονόµετρο ρίχνουµε λίγες σταγόνες από υδατικό διάλυµα οξικού οξέος. Παρατηρούµε τον αφρισµό στον προβολέα διαφανειών (Overhead) και ερµηνεύουµε το φαινόµενο. CaCO CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O + CO 2 3. Σε τριβλίο τοποθετούµε µικρή ποσότητα από σόδα φαγητού και ρίχνουµε λίγες σταγόνες υδατικού διαλύµατος οξικού οξέος. Παρατηρούµε τον έντονο αφρισµό στον προβολέα διαφανειών και ερµηνεύουµε το φαινόµενο. NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 4. Σε ποτήρι ζέσεως ρίχνουµε µικρή ποσότητα από τριµµένο µάρµαρο (µαρµαρόσκονη) και προσθέτουµε λίγο οξύ (κεζάπ). Παρατηρούµε τον έντονο αφρισµό και εξηγούµε το φαινόµενο. CaCO HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 5. Σε µικρή µαρµάρινη επιφάνεια ρίχνουµε µε σταγονόµετρο λίγες σταγόνες υδατικού διαλύµατος υδροχλωρικού οξέος (κεζάπ).

12 8 Παρατηρούµε τον αφρισµό και την διαφορετικότητά του σε περιοχές ασυνέχειας (πιο έντονος). Σκουπίζουµε καλά την επιφάνεια και συγκρίνουµε την περιοχή που αντέδρασε, µε το υπόλοιπο µάρµαρο. Συζητούµε την δυνατότητα χρήσης οξικού οξέος (ξύδι), για τον καθαρισµό µαρµάρινων επιφανειών. Επίσης, για να διαλύσουµε το πουρί (ανθρακικό ασβέστιο) από τα είδη υγιεινής, χωρίς να επιβαρύνεται το περιβάλλον µε τη χρήση ισχυρών οξέων του εµπορίου. 6. Σε σφαιρική γυάλινη φιάλη ρίχνουµε µικρή ποσότητα οξικού οξέος (ξύδι). Σ αυτό βαπτίζουµε λεπτή λωρίδα χαλκού, έτσι ώστε ένα µεγάλο µέρος της να βρίσκεται έξω από το οξύ. Καλύπτουµε το στόµιο της φιάλης και µετά από ένα εικοσιτετράωρο παρατηρούµε την επιφανειακή διάβρωση που έχει υποστεί η επιφάνεια του χαλκού έξω από το οξύ (στο όξινο περιβάλλον) από τον ατµοσφαιρικό αέρα. 2 CH 3 COOH + 2 Cu 2 CuCH 3 COO + H 2

13 9 4. Προεργαστηριακές ερωτήσεις 1. Στις αστικές περιοχές, σε ποια από τα παρακάτω οξέα οφείλεται κυρίως η αλλοίωση των µαρµάρινων επιφανειών των γλυπτών µνηµείων: o HCl o H 2 SO 3 o H 3 PO 4 o HNO 3 o H 2 CO 3 o H 2 SO 4 2. Η παραπάνω διάβρωση αλλοίωση γίνεται: o σε σύντοµο χρόνο γιατί τα υδατικά διαλύµατα των οξέων είναι ισχυρά o σε µεγάλο χρονικό διάστηµα γιατί τα υδατικά διαλύµατα των οξέων είναι ασθενή o τίποτα απ τα παραπάνω 3. Η αλλοίωση - διάβρωση της µαρµάρινης επιφάνειας είναι εντονότερη όταν αυτή είναι λεία και στιλπνή ή πορώδης; (αιτιολογήσετε την απάντησή σας) 4. Στον ατµοσφαιρικό αέρα, η αλλοίωση διάβρωση των χάλκινων επιφανειών (αγάλµατα, στέγες) γίνεται πιο έντονα σε: o βασικό περιβάλλον o όξινο περιβάλλον o ουδέτερο περιβάλλον

14 10 5. Πειραµατική διαδικασία Μελέτη της εξουδετέρωσης του όξινου περιβάλλοντος και της επίδρασης των συστατικών της όξινης βροχής σε µαρµάρινες επιφάνειες. 1. Σε ποτήρι ζέσεως ρίχνουµε µικρή ποσότητα οξικού οξέος (CH 3 COOH) και µε πεχάµετρο ή πεχαµετρικό χαρτί µετρούµε το ph και καταγράφουµε την τιµή του. Στη συνέχεια, προσθέτουµε µικρή ποσότητα σόδας φαγητού (NaHCO 3 ), αναδεύουµε µε γυάλινη ράβδο και µετρούµε ξανά την τιµή του ph στο νέο διάλυµα. Συγκρίνουµε τις δύο τιµές (πριν και µετά) και προσπαθούµε να ερµηνεύσουµε τη διαφορά. NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 2. Σε λεία µαρµάρινη επιφάνεια ρίχνουµε (µε σταγονόµετρο) 3-4 σταγόνες θειικού οξέος (H 2 SO 4 ) 2Ν. Παρατηρούµε και καταγράφουµε το φαινόµενο (ταχύτητα αντίδρασης χρόνος αφρισµού). CaCO 3 + H 2 SO 4 (aq) CaSO 4 + H 2 O + CO 2 3. Με τον ίδιο τρόπο, σε άλλο όµως σηµείο, ρίχνουµε πάλι µε σταγονόµετρο 3-4 σταγόνες αραιού νιτρικού οξέος (HNO 3 ) και παρατηρούµε το φαινόµενο. Καταγράφουµε τις παρατηρήσεις µας (όπως πρωτύτερα). CaCO HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 O + CO 2

15 11 4. Προσπαθούµε να ρίξουµε µαζί (σχεδόν ταυτόχρονα) τα δυο οξέα, σε µικρή απόσταση µεταξύ τους, έτσι που να µπορούµε να συγκρίνουµε τις δύο περιπτώσεις. Προσπαθούµε να εξηγήσουµε τη διαφορά εξέλιξης των δύο φαινοµένων, εντοπίζοντάς την στα διαφορετικά προϊόντα της κάθε αντίδρασης. 5. Καταγράφουµε την ταυτόχρονη επίδραση των δύο οξέων, συστατικών της όξινης βροχής, στις µαρµάρινες επιφάνειες των µνηµείων και περιγράφουµε τα µακρόχρονα αποτελέσµατα αυτών στο περιβάλλον.

16 12 6. Μεταεργαστηριακές ερωτήσεις 1. Γιατί τα µάρµαρα στο πάτωµα του σπιτιού µας λεκιάζουν, όταν σε αυτά πέσουν σταγόνες από υγρά, όπως: ξύδι φαγητού, λεµόνι, πορτοκάλι, κάποιο αναψυκτικό κ.ά. 2. Σε οξινισµένες λίµνες, όπου έχει εξαντληθεί η ρυθµιστική ικανότητα του νερού (έχουν υποστεί έντονη όξινη απόθεση), προστίθεται ανθρακικό ασβέστιο, γιατί έτσι: o παρέχονται θρεπτικά συστατικά στα έµβια όντα τους o κατακάθεται η θολούρα του νερού o εµπλουτίζεται ο βυθός της λίµνης σε ασβέστιο o εξουδετερώνεται το όξινο περιβάλλον και έτσι ρυθµίζεται το ph του νερού 3. Για ποιο λόγο στην παραπάνω διαδικασία δεν χρησιµοποιείται σόδα; 4. Γιατί τα καλλιεργούµενα από τους αγρότες φυτά δεν υφίστανται τόσο πολύ τις συνέπειες της όξινης βροχής, όσο τα φυτά των δασικών εκτάσεων;

17 13 7. Διαχείριση των υγρών αποβλήτων του εργαστηρίου Σε όλη τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας αλλά και των εργαστηριακών ασκήσεων επιδείξεως χρησιµοποιούνται ισχυρά οξέα, όπως το θειικό οξύ συγκεντρώσεως 2Ν, το νιτρικό οξύ και το υδροχλωρικό οξύ. Επειδή ορισµένες από τις αντιδράσεις δεν είναι πλήρεις και περισσεύουν µικρές ποσότητες οξέων, αυτές δεν θα πρέπει να αποβάλλονται στις αποχετεύσεις των χηµικών εργαστηρίων, γιατί έτσι καταλήγουν στους τελικούς υδάτινους αποδέκτες µε αποτέλεσµα την οξίνισή τους. Γι αυτό, αυτές οι ποσότητες των οξέων θα πρέπει πρωτύτερα να εξουδετερώνονται µε κάποια βάση π.χ. NaOH, έτσι ώστε η τιµή του ph των υγρών αποβλήτων να είναι περίπου 7. H 2 SO NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O HCl + NaOH NaCl + H 2 O

18 14 8. Απαντήσεις στις προεργαστηριακές ερωτήσεις 1. Κυρίως H 2 SO 4 και HNO 3 2. Σε µεγάλο χρονικό διάστηµα γιατί τα υδατικά διαλύµατα των οξέων είναι ασθενή 3. Η αλλοίωση διάβρωση της µαρµάρινης επιφάνειας είναι πιο έντονη όταν αυτή είναι πορώδης γιατί το οξύ έρχεται σε µεγαλύτερη επαφή (επιφάνεια αντίδρασης) µε το ανθρακικό ασβέστιο. 4. Σε όξινο περιβάλλον.

19 15 9. Απαντήσεις στις µεταεργαστηριακές ερωτήσεις 1. Επειδή τα οξέα τα οποία περιέχονται στο ξύδι (οξικό οξύ), λεµόνι (κιτρικό οξύ), αναψυκτικό (ανθρακικό οξύ) αντιδρούν µε το CaCO 3 που περιέχεται στο µάρµαρο και έτσι αλλοιώνεται η επιφάνεια του µαρµάρου στο συγκεκριµένο σηµείο. 2. Όταν προστίθεται ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ) σε µια οξινισµένη λίµνη, όπου η τιµή του ph της είναι χαµηλό, εξουδετερώνεται το όξινο περιβάλλον της και αυξάνεται η τιµή του ph των υδάτων της. Έτσι αποκαθίστανται οι ρυθµοί ζωής σ αυτήν. 3. Στην παραπάνω διαδικασία δεν χρησιµοποιείται σόδα (NaHCO 3 ) επειδή η τιµή της είναι υψηλή, σε αντίθεση µε το ανθρακικό ασβέστιο (ασβεστόλιθο) που είναι άφθονο στη φύση και φθηνό. 4. Επειδή στα καλλιεργούµενα φυτά οι αγρότες προσθέτουν λιπάσµατα (π.χ. ανθρακικό ασβέστιο CaCO 3 ), ουσίες οι οποίες ρυθµίζουν το ph στο περιβάλλον των φυτών (έδαφος), σε αντίθεση µε το περιβάλλον στο οποίο αναπτύσσονται τα δασικά φυτά.

20 Ανάλυση επικινδυνότητας των αντιδραστηρίων Οξικό οξύ Συνώνυµα: αιθανικό οξύ, ξύδι (πολύ αραιωµένο υδατικό διάλυµα) Χηµικός τύπος: CH 3 COOH Φυσικές ιδιότητες: άχρωµο υγρό (σε καθαρή κατάσταση). Συνήθως χρησιµοποιείται ως άχρωµο υδατικό διάλυµα. Κυριότεροι κίνδυνοι: Επαφή µε τα µάτια µπορεί να προκαλέσει µακροχρόνιες βλάβες. Σε καθαρή κατάσταση, αλλά και υπό µορφή υδατικών διαλυµάτων είναι διαβρωτικό. Σε περίπτωση κατάποσης προκαλεί σοβαρές βλάβες. Μεγάλης συγκέντρωσης υδατικά διαλύµατα µπορεί να προκαλέσουν εγκαύµατα. Για ασφαλή χρήση καλό είναι να χρησιµοποιούνται πάντα γυαλιά ασφαλείας. Καλό είναι τα υδατικά διαλύµατά του να µην έρχονται σε επαφή µε το δέρµα. Σε περίπτωση ανάγκης: Εάν έρθει σε επαφή µε τα µάτια ξεπλένουµε µε άφθονο νερό, για τουλάχιστον δέκα λεπτά και καλούµε για άµεση ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση επαφής µε το δέρµα πλένουµε µε άφθονο νερό και εάν αυτό έχει υποστεί βλάβες, ζητούµε ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση κατάποσης πίνουµε άφθονο νερό και καλούµε άµεσα ιατρική βοήθεια. Ασφαλής διάθεση αποβλήτων: Μικρές ποσότητες υδατικού διαλύµατος του οξέος µπορούν να διατεθούν στην αποχέτευση µε άφθονο νερό, εκτός εάν ειδικοί τοπικοί κανόνες δεν επιτρέπουν κάτι τέτοιο. Μεγαλύτερες ποσότητες θα πρέπει να εξουδετερώνονται, πριν τη διάθεσή τους στο αποχετευτικό δίκτυο.

21 17 Υδροχλωρικό οξύ Χηµικός τύπος: HCl Φυσικές ιδιότητες: σε µεγάλες συγκεντρώσεις είναι άχρωµο ως ελαφρώς κίτρινο ατµίζον υγρό, ενώ είναι εντελώς άχρωµο σε υδατικό διάλυµα. Αντιδρά έντονα µε τα περισσότερα µέταλλα και τις βάσεις. Διαλύεται στο νερό σε όλες τις αναλογίες. Κυριότεροι κίνδυνοι: Επαφή µε τα µάτια ή το δέρµα µπορεί να προκαλέσει σοβαρές µόνιµες βλάβες. Μεγάλης συγκέντρωσης υδατικά διαλύµατα του οξέος είναι πολύ διαβρωτικά και ελευθερώνουν επικίνδυνες ποσότητες ατµών, τοξικών για το αναπνευστικό σύστηµα, ενώ µικρής συγκέντρωσης υδατικά διαλύµατα είναι ελαφρώς διαβρωτικά. Για ασφαλή χρήση χρειάζονται πάντα προστατευτικά γυαλιά. Δεν επιτρέπεται το οξύ ή το υδατικό διάλυµά του να έρχεται σε επαφή µε το δέρµα. Απαραίτητο να χρησιµοποιούνται γάντια για διαλύµατα µεγάλης συγκέντρωσης. Ο χώρος στον οποίο χρησιµοποιείται οξύ µεγάλης συγκέντρωσης πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε καλό εξαερισµό και ποτέ σε ανοικτό εργαστήριο. Σε περίπτωση ανάγκης: Εάν έρθει σε επαφή µε τα µάτια ξεπλένουµε µε άφθονο νερό, για τουλάχιστον δέκα λεπτά και καλούµε για άµεση ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση επαφής µε το δέρµα πλένουµε µε άφθονο νερό και εάν αυτό έχει υποστεί βλάβες, ζητούµε ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση κατάποσης πίνουµε άφθονο νερό και καλούµε άµεσα ιατρική βοήθεια. Ασφαλής διάθεση αποβλήτων: Μικρές ποσότητες αραιού υδατικού διαλύµατος του οξέος µπορούν να διατεθούν στην αποχέτευση µε άφθονο νερό, εκτός εάν ειδικοί τοπικοί κανόνες δεν επιτρέπουν κάτι τέτοιο. Μεγαλύτερες ποσότητες θα πρέπει να εξουδετερώνονται, πριν τη διάθεσή τους στο αποχετευτικό δίκτυο. Διάλυµα οξέος µεγάλης συγκέντρωσης δεν πρέπει να ρίχνεται στην αποχέτευση.

22 18 Νιτρικό οξύ Χηµικός τύπος: HNO 3 Φυσικές ιδιότητες: άχρωµο ως ελαφρώς κίτρινο ατµίζον υγρό σε µεγάλες συγκεντρώσεις, εντελώς άχρωµο σε µικρότερες συγκεντρώσεις. Αντιδρά βίαια µε πολλά µέταλλα. Είναι ισχυρό οξειδωτικό και γι αυτό πρέπει να διατηρείται µακριά από οργανικά υλικά. Διαλύεται στο νερό σε όλες τις αναλογίες. Κυριότεροι κίνδυνοι: Επαφή µε τα µάτια µπορεί να προκαλέσει σοβαρές µακροχρόνιες βλάβες. Υδατικά διαλύµατα του οξέος µεγάλης ή ενδιάµεσης συγκέντρωσης είναι διαβρωτικά και µπορεί να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στο δέρµα. Ατµοί του οξέος είναι πολύ επιβλαβείς όταν αυτοί εισπνέονται. Για ασφαλή χρήση χρειάζονται πάντα προστατευτικά γυαλιά. Για υδατικά διαλύµατα των οποίων η συγκέντρωση είναι πάνω από 70% πρέπει απαραίτητα να χρησιµοποιούνται γάντια. Δεν επιτρέπεται το οξύ, ακόµη και το υδατικό διάλυµά του να έρχεται σε επαφή µε το δέρµα. Ο χώρος στον οποίο χρησιµοποιείται οξύ µεγάλης συγκέντρωσης πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε καλό εξαερισµό. Σε περίπτωση ανάγκης: Εάν έρθει σε επαφή µε τα µάτια ξεπλένουµε µε άφθονο νερό, για τουλάχιστον δέκα λεπτά και καλούµε για άµεση ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση επαφής µε το δέρµα πλένουµε µε άφθονο νερό και εάν αυτό έχει υποστεί βλάβες, ζητούµε ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση κατάποσης πίνουµε άφθονο νερό και καλούµε άµεσα ιατρική βοήθεια. Ασφαλής διάθεση αποβλήτων: Μικρές ποσότητες αραιού υδατικού διαλύµατος του οξέος µπορούν να διατεθούν στην αποχέτευση µε άφθονο νερό, εκτός εάν ειδικοί τοπικοί κανόνες δεν επιτρέπουν κάτι τέτοιο. Μεγαλύτερες ποσότητες θα πρέπει να εξουδετερώνονται, πριν τη διάθεσή τους στο αποχετευτικό δίκτυο.

23 19 Θειικό οξύ Συνώνυµα: Βιτριόλι, οξύ των µπαταριών. Χηµικός τύπος: H 2 SO 4 καφέ. Φυσικές ιδιότητες: υγρό άοσµο, ελαιώδες, άχρωµο ως ελαφρώς Κυριότεροι κίνδυνοι: Είναι πολύ υγροσκοπικό υγρό. Αν έρθει σε επαφή µε τα µάτια προκαλεί ερεθισµό και εγκαύµατα, µπορεί δε να προκαλέσει µη αναστρεπτές βλάβες. Επίσης, σε επαφή µε το δέρµα προκαλεί σοβαρό ερεθισµό και εγκαύµατα. Σε περίπτωση κατάποσης προκαλεί εγκαύµατα στο στόµα, στον οισοφάγο, στο στοµάχι και µπορεί να αποβεί ακόµη και θανατηφόρο. Τις παραπάνω βλάβες µπορεί να προκαλέσουν ακόµη και αραιά υδατικά διαλύµατά του. Μεγάλης συγκέντρωσης υδατικά διαλύµατα του οξέος είναι πολύ διαβρωτικά και ελευθερώνουν επικίνδυνες ποσότητες ατµών, τοξικών για το ανώτερο αναπνευστικό σύστηµα, ενώ παρατεταµένη εισπνοή τους µπορεί να προκαλέσει ακόµη και πνευµονικό οίδηµα. Για ασφαλή χρήση χρειάζονται πάντα προστατευτικά γυαλιά. Δεν επιτρέπεται το οξύ ή το υδατικό διάλυµά του να έρχεται σε επαφή µε το δέρµα. Πρέπει να χρησιµοποιούνται ειδικά γάντια για διαλύµατα µεγάλης συγκέντρωσης. Ο χώρος στον οποίο χρησιµοποιείται οξύ µεγάλης συγκέντρωσης πρέπει να είναι εξοπλισµένος µε καλό εξαερισµό και ποτέ σε ανοικτό εργαστήριο. Για ασφάλεια πρέπει να διατηρείται σε µέρος δροσερό και ξηρό, σε γυάλινο δοχείο καλά κλεισµένο. Σε αντίθετη περίπτωση οι ατµοί του διαβρώνουν την γύρω περιοχή. Αποφεύγουµε να έρχεται σε επαφή µε νερό, µέταλλα και οργανικά υλικά. Σε περίπτωση ανάγκης: Εάν έρθει σε επαφή µε τα µάτια καλούµε άµεσα ιατρική βοήθεια. Σε επαφή µε το δέρµα πλένουµε καλά µε νερό και σαπούνι για τουλάχιστον δεκαπέντε λεπτά και ανάλογα καλούµε ιατρική βοήθεια. Σε περίπτωση κατάποσης δεν προκαλούµε εµετό, αλλά πίνουµε αρκετό νερό ή γάλα. Τέλος, σε περίπτωση εισπνοής ατµών µετακινούµαστε αµέσως σε χώρο µε καθαρό αέρα.

24 20 Σε περίπτωση πυρκαγιάς δεν χρησιµοποιούµε απ ευθείας νερό στη φωτιά, αλλά πυροσβεστήρες διοξειδίου του άνθρακα ή ξηράς κόνεως. Τοξικότητα και ασφαλής διάθεση αποβλήτων: Το θειικό οξύ, ακόµη και σε πολύ µικρές συγκεντρώσεις, είναι πολύ βλαβερό για το υδάτινο περιβάλλον στο σύνολό του. Γίνεται επικίνδυνο για όλους τους οργανισµούς, όταν εισέρχεται σε υδάτινους αποδέκτες. Μικρές ποσότητες πολύ αραιού υδατικού διαλύµατος του οξέος µπορούν να διατεθούν στην αποχέτευση µε άφθονο νερό, εκτός εάν ειδικοί τοπικοί κανόνες δεν επιτρέπουν κάτι τέτοιο. Μεγαλύτερες ποσότητες θα πρέπει να εξουδετερώνονται, πριν τη διάθεσή τους στο αποχετευτικό δίκτυο. Διάλυµα οξέος µεγάλης συγκέντρωσης σε καµιά περίπτωση δεν πρέπει να ρίχνεται στην αποχέτευση.

25 Βιβλιογραφία 1. Κουϊµτζή Θ., Φυτιάνου Κ., Σαµαρά Κ., Χηµεία Περιβάλλοντος, Θεσσαλονίκη Βαβλιάκης Ε., Χαριστός Δ., Μπαλαφούτης Χ., Συµβολή στη µελέτη των παραγόντων καταστροφής των µαρµάρινων µνηµείων στην Ελλάδα, ΥΠΕΠΘ Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, Χηµεία Α Τάξης Ενιαίου Λυκείου, ΟΕΔΒ, Αθήνα 4. Κ. Γιούρη Τσοχατζή, Διδακτική Πειραµάτων Χηµείας, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη Κ. Γιούρη Τσοχατζή, Σχολικά Πειράµατα Χηµείας, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη Journal of Chemical Education 1. Volume 62, Number 4, April Volume 70, Number 2, February Volume 76, Number 6, June Acid rain experiments, διαθέσιµο στο: 8. Acid Rain and Our Cultural Heritage, διαθέσιµο στο: k12.wi.us/sturgeon/labs.html 9. Laboratory acid rain, page 20, Chapter 7~ ACID RAIN ph determination, διαθέσιµο στο: Material Safety Data Sheets (MSDSs) for: Ethanoic acid Hydrochloric acid Nitric acid Sulfuric acid